TWI426237B

TWI426237B - Instant image navigation system and method

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Publication number: TWI426237B
Application number: TW099112666A
Authority: TW
Original assignee: Mitac Int Corp
Priority date: 2010-04-22
Filing date: 2010-04-22
Publication date: 2014-02-11
Also published as: US20110264367A1; US9014964B2; TW201137313A

Description

即時影像導航系統及方法

本發明是有關於一種導航系統，特別是指一種在即時拍攝的街道影像上重疊顯示導引資訊的即時影像導航系統。

傳統衛星導航系統是在預先繪製的二維地圖上標示箭頭、路徑等導引資訊，使用者必須自行將導航系統顯示的二維地圖與眼前的立體實景比對。在某些狀況下，例如遇複雜的街道叉路、高架橋或圓環等，二維地圖與立體實景之間存在相當差異，容易導致使用者無法了解導引資訊。

因此，近年來導航系統業者針對特定地點會進行拍照且收集交通號誌等資料，並繪製立體畫面；當車輛接近前述特定地點，則以立體畫面取代二維地圖，在立體畫面上標示導引資訊，讓使用者輕鬆看懂導航系統所導引的方向。但實際上，基於成本考量，導航系統業者僅能針對部分地點，例如交通流量大且用路人容易產生困擾的地點製作立體畫面。當使用者行經沒有製作立體畫面的地點，仍然只能觀看簡單的二維地圖。

更重要的是，當建築物拆除或改建而使地標消失或改變，導航系統業者難以立即更新資料庫。在此情況下，當使用者行經樣貌改變的地點，導航系統卻顯示舊的立體畫面，更容易導致使用者發生混淆。

因此，本發明之目的，即在提供一種在即時拍攝的街道影像上重疊顯示導引資訊的即時影像導航系統。

本發明之再一目的，在於提供一種在即時拍攝的街道影像上重疊顯示導引資訊的即時影像導航方法。

於是，本發明即時影像導航系統，包含一顯示幕、一用以提供系統運動資訊的慣性導航裝置，及一用以規劃行駛路線的導航單元，其特徵在於該系統還包含：一供擷取影像之影像擷取單元、一將該影像擷取單元擷取之影像即時顯示於該顯示幕的影像處理單元、一定位單元，及一控制單元。

定位單元與該慣性導航裝置及該導航單元連接，並依據該慣性導航裝置提供之資訊計算出一目前位置的地理座標，並接收該導航單元提供的下一個需要即時影像導引之目標位置的地理座標。

控制單元依據該目前位置地理座標、目標位置地理座標及一預先儲存之與該影像擷取單元相關之相機參數資料，計算出一目標位置在該顯示幕中的座標作為用來標示一指引記號的一指引記號座標；並使該指引記號標示於該顯示幕的指引記號座標處而重疊顯示於該即時影像上。

較佳地，該控制單元計算該指引記號座標的方式，是先求出該導航裝置之目前位置與該目標位置之間在平面二垂直方向上及高度的距離，再計算該目標位置於該影像擷取單元之影像感應器上的成像位置，最後求出該目標位置於顯示幕上的座標，作為該指引記號座標。

較佳地，該定位單元利用其獲得的目前位置座標以及目標位置座標計算出兩者距離，並檢視目前位置是否已到達一需要進行即時影像導引之地點，若是，才通知該影像處理單元顯示該即時影像，且通知控制單元計算該指引記號座標及標示該指引座標。該定位單元還檢視目前位置是否已通過該目標位置，若是，則通知該影像處理單元停止將影像顯示於該顯示幕。

較佳地，該即時影像導航系統，還包含一記憶體，該定位單元將目前位置地理座標以及目標位置地理座標分別儲存於該記憶體的一目前位置資料及一目標位置資料中且持續更新；該控制單元與該記憶體連接並自該目前位置資料及該目標位置資料中讀取資料。

本發明即時影像導航方法利用前述導航系統執行，並包含以下步驟：

(a)獲取一目前位置的地理座標，及一下一個要即時影像導引之目標位置的地理座標；

(b)將由一影像擷取單元擷取之即時影像顯示於一顯示幕；

(c)依據該目前位置地理座標、目標位置地理座標及一預先儲存之與該影像擷取單元相關之相機參數資料，計算出一目標位置在該導航系統的一顯示幕中的座標，作為用來標示一指引記號的一指引記號座標；及

(d)使該指引記號標示於該顯示幕的指引記號座標處而重疊顯示於該即時影像上。

較佳地，該步驟(c)中，計算該指引記號座標的方式，是先求出該導航系統之目前位置與該目標位置之間在平面二垂直方向上及高度的距離，再計算該目標位置於該影像擷取單元的成像位置，最後求出該目標位置於該顯示幕上的座標，作為該指引記號座標。

較佳地，該步驟(b)及步驟(c)、(d)是當該目前位置已到達一需要進行即時影像導引之地點時才觸發，且當該目前位置已通過該目標位置，則停止將影像顯示於該顯示幕。

較佳地，該步驟(a)所獲取的目前位置地理座標以及目標位置地理座標分別儲存於一記憶體中且持續更新，作為執行步驟(c)的資料來源。

本發明之功效在於，藉由可取得的相機參數及顯示幕畫素，搭配即時取得的地理座標等資訊，可求出目標位置在顯示幕的座標而在即時拍攝的影像進行精確的標示，讓使用者在顯示幕上清楚看懂導引資訊。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖1，本發明即時影像導航裝置100之較佳實施例供安裝於一汽車，包含一殼體(圖未示)、設於殼體內的一導航單元1與一慣性導航裝置(Inertial Navigation System，簡稱INS)2、一設於殼體表面的顯示幕3，及為實現即時影像導航而新增或調整設定的一定位單元4、一控制單元5、一影像擷取單元61、一影像處理單元62，及一儲存有一目標位置資料71、一目前位置資料72及一相機參數資料73的記憶體7。

該導航單元1主要用以規劃行駛路線，其依據衛星定位(GPS)資料得知目前位置座標，並依據使用者輸入的目的地計算出最佳行駛路線或最短行駛路線。在本實施例，該導航單元1依據其規劃的行駛路線及衛星定位資料，通知定位單元4下一個需要即時影像導引之目標位置的相關資料，內容包含目標位置座標。

慣性導航裝置2一般而言具有加速規及陀螺儀等能提供方向與加速度等運動資訊的構件，在本實施例可依據定位單元4發出的控制指令，將系統100目前朝向哪個方向前進、加速度值等運動資訊提供給定位單元4。

以下配合參閱圖2說明本實施例即時影像導航系統100執行之即時影像導航方法。

當即時影像導航功能啟動，導航單元1會不斷地依據行駛路線以及GPS資料找出行駛路線中下一個需要即時影像導引之目標位置，例如圖3所示之圈選處，為一多岔路口，並通知定位單元4該目標位置之相關資料，內容包含目標位置座標(步驟S11)。

定位單元4依據導航單元1提供的目標位置相關資料，將目標位置座標存放於記憶體7的目標位置資料72記憶空間中。此外，定位單元4還持續對慣性導航裝置2發出控制指令，使慣性導航裝置2提供系統100運動方向、加速度值等資訊，該定位單元4則一次次地依據所接收資訊計算出系統100目前在三度空間中相對於起始點的相對位置與方向，獲得一目前位置地理座標及方向，並存放於記憶體7的目前位置資料71記憶空間中(步驟S12)。

定位單元4利用其獲得的目前位置座標以及目標位置座標計算出兩者距離，並檢視系統100目前位置是否到達一需要即時影像導引之地點(步驟S13)。一般來說，該地點距離目標位置約100公尺。本步驟持續進行，直到系統100目前位置到達該地點，則進入步驟S14及S15。

在步驟S14，影像處理單元62開始將目前影像擷取單元61擷取的影像顯示於顯示幕3，如圖4所示。

另一方面在步驟S15，控制單元5依據地圖資料庫(圖未示)、記憶體7中儲存之目前位置座標、目標位置座標、相機參數資料及系統100離地高度H(安裝系統100時設定或另外以高度感應器取得)，以及GPS資料，計算要在顯示幕3中標示一指引記號的一指引記號座標。配合參閱圖5及圖6，該相機參數資料內容包括焦距f(鏡頭611到影像感應器612的距離)、影像感應器612的寬cW及高cH，此外，還包括顯示幕3之像素pW×pH。詳細計算方法說明如下：

I.　依據目前位置座標及目標位置座標，計算出距離D及夾角a，進一步求出平面二垂直方向上的距離X=D‧sin(a)及Y=D‧sin(a)。

II.　讀取系統100離地高度H，並由地圖資料庫取得目標位置與目前位置的海拔高度而計算出高度差H’，再計算出目標位置與系統100的高度差dH=H-H’。

III.計算目標位置於影像擷取單元61之影像感應器612上的成像位置。以影像感應器612中心為原點，座標(x,h)中，x=f‧X/Y，座標h=f‧dH/Y。

IV.最後，計算目標位置於顯示幕3上的座標(px,py)，作為一指引記號座標，其中px=x‧pW/cW，py=h‧pH/cH。

在步驟S16，控制器5在該顯示幕3的座標(px,py)處標示一指引記號，例如一向下的箭頭，箭頭頂端位置對應該指引記號座標(px,py)；並使該指引記號重疊顯示於即時影像上而如圖7所示。如此一來，使用者可直覺地了解導航系統100究竟是導引哪一條路。

隨著車輛持續前進，定位單元4持續更新的目前位置座標，高度差H’也隨之改變，目標位置在顯示幕3上的座標也跟著改變，前述步驟S15及S16持續進行而使指引記號保持標示於目標位置於顯示幕上的座標處。

此外，定位單元4持續計算目標位置與目前位置之間的距離，檢視系統100目前位置是否通過目標位置(步驟S17)。當通過該目標位置，影像處理單元62即停止將影像顯示於顯示幕3(步驟S18)，此時，導航單元1會再通知定位單元4下一個需要即時影像導引的目標位置而重新流程。

控制單元5判斷即時影像導引功能是否停止(步驟S19)，例如使用者是否操作系統100關閉此功能，若是，則結束流程；若否，則持續進行本流程。

綜上所述，本發明即時影像導航系統100能夠在車輛接近即時影像導引之地點時，切換為影像模式並在影像中直接疊上指引記號，讓使用者直覺地看懂導航系統100所指引的方位；此外，由於影像是真實的，即便附近建築物等地標與導航系統業者記錄不同，本發明導航系統100還是能適用，而不需要另外收集資料、另外製作立體畫面，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

100．．．即時影像導引系統

1．．．導航單元

2．．．慣性導航裝置

3．．．顯示幕

4．．．定位單元

5．．．控制單元

61．．．影像擷取單元

611．．．鏡頭

612．．．影像感應器

62．．．影像處理單元

7．．．記憶體

71．．．目標位置資料

72．．．目前位置資料

73．．．相機參數資料

S11~S19．．．步驟

圖1是一系統方塊圖，說明本發明即時影像導航系統之較佳實施例的系統架構；

圖2是一流程圖，說明本實施例執行之即時影像導航方法；

圖3是一示意圖，說明本實施例所說明要即時影像導引之地點的地圖；

圖4是一示意圖，說明一影像擷取單元所擷取之影像；

圖5及圖6是用以說明計算該指引記號座標所需之物件的相關資訊及相對關係；及

圖7是一示意圖，說明在該影像上疊上明顯的指引記號。

S11~S19．．．步驟

Claims

一種即時影像導航系統，包含一顯示幕、一用以提供系統運動資訊的慣性導航裝置，及一用以規劃行駛路線的導航單元，其特徵在於該系統還包含：一影像擷取單元，供擷取影像；一影像處理單元，將該影像擷取單元擷取之影像即時顯示於該顯示幕；一定位單元，與該慣性導航裝置及該導航單元連接，並依據該慣性導航裝置提供之資訊計算出一目前位置的地理座標，並接收該導航單元提供之一下一個需要即時影像導引之目標位置座標；及一控制單元，依據該目前位置地理座標、目標位置地理座標及一預先儲存之與該影像擷取單元相關之相機參數資料，計算出一目標位置在該顯示幕中的座標，以該座標作為用來標示一指引記號的一指引記號座標；並使該指引記號標示於該顯示幕的指引記號座標處而重疊顯示於該即時影像上；其中，該控制單元計算該指引記號座標的方式，是先求出該導航裝置之目前位置與該目標位置之間在平面二垂直方向上及高度的距離，再計算該目標位置於該影像擷取單元之影像感應器上的成像位置，最後求出該目標位置於顯示幕上的座標，作為該指引記號座標。
依據申請專利範圍第1項所述之即時影像導航系統，其中，該定位單元利用其獲得的目前位置座標以及目標位置座標計算出兩者距離，並檢視目前位置是否已到達一需要進行即時影像導引之地點，若是，才通知該影像處理單元顯示該即時影像，且通知該控制單元計算該指引記號座標及標示該指引座標。
依據申請專利範圍第2項所述之即時影像導航系統，其中，該定位單元還檢視目前位置是否已通過該目標位置，若是，則通知該影像處理單元停止將影像顯示於該顯示幕。
依據申請專利範圍第1至3項中任一項所述之即時影像導航系統，還包含一記憶體，該定位單元將該目前位置地理座標以及目標位置地理座標分別儲存於該記憶體中且持續更新；該控制單元與該記憶體連接並讀取資料。
一種即時影像導航方法，利用一導航系統執行，並包含以下步驟：(a)獲取一目前位置的地理座標，及一下一個要即時影像導引之目標位置的地理座標；(b)將由一影像擷取單元擷取之即時影像顯示於一顯示幕；(c)依據該目前位置地理座標、目標位置地理座標及一預先儲存之與該影像擷取單元相關之相機參數資料，計算出一目標位置在該導航系統的一顯示幕中的座標，作為用來標示一指引記號的一指引記號座標，其中，計算該指引記號座標的方式，是先求出該導航系統之目前位置與該目標位置之間在平面二垂直方向上及高度的距離，再計算該目標位置於該影像擷取單元的成像位置，最後求出該目標位置於該顯示幕上的座標，作為該指引記號座標；及(d)使該指引記號標示於該顯示幕的指引記號座標處而重疊顯示於該即時影像上。
依據申請專利範圍第5項所述之即時影像導航方法，其中，該步驟(b)及步驟(c)、(d)是當該目前位置已到達一需要進行即時影像導引之地點時才觸發。
依據申請專利範圍第6項所述之即時影像導航方法，當該目前位置已通過該目標位置，則停止將影像顯示於該顯示幕。
依據申請專利範圍第5至7項中任一項所述之即時影像導航方法，其中，該步驟(a)所獲取的目前位置地理座標以及目標位置地理座標分別儲存於一記憶體中且持續更新，作為執行步驟(c)的資料來源。